Lò hơi công nghiệp là gì?

1. Lò hơi công nghiệp là gì?

Lò hơi công nghiệp là một thiết bị thiết yếu trong hệ thống sản xuất công nghiệp, có nhiệm vụ tạo ra hơi nước hoặc hơi quá nhiệt từ nước qua quá trình đun nóng, sử dụng nhiệt sinh ra từ việc đốt nhiên liệu. Hơi nước này có nhiệt độ và áp suất cao, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho nhiều ứng dụng công nghiệp, từ sản xuất điện, gia nhiệt trong các quy trình chế biến: thực phẩm, sắt – thép, cao su, dệt may, bia rượu, nước giải khát…

2. Cấu tạo chung của lò hơi công nghiệp

Lò hơi công nghiệp được cấu tạo từ nhiều thành phần và hệ thống phụ trợ khác nhau để đảm bảo quá trình tạo nhiệt và hơi nước diễn ra hiệu quả và an toàn. Dưới đây là các thành phần chính của lò hơi công nghiệp:

2.1. Buồng đốt (Buồng nhiên liệu)

Buồng đốt là nơi nhiên liệu được đốt cháy để tạo ra nhiệt. Nhiên liệu có thể là than, dầu, khí đốt, hoặc nhiên liệu sinh học.

2.2. Bình hơi (Bình chứa nước)

Bình hơi là nơi nước được đun nóng và chuyển thành hơi. Trong quá trình này, nước hấp thu nhiệt từ buồng đốt.

2.3. Ống nước và ống lửa

- Ống nước: Dẫn nước vào bình hơi và đảm bảo nước được phân phối đều khắp hệ thống.

- Ống lửa: Dẫn nhiệt từ buồng đốt qua bình hơi, giúp nước nhanh chóng chuyển hóa thành hơi nước.

2.4. Hệ thống điều khiển và an toàn

Hệ thống điều khiển giúp kiểm soát nhiệt độ, áp suất và mức nước trong lò hơi. Các thiết bị an toàn như van an toàn, đồng hồ đo áp suất và cảm biến nhiệt độ giúp ngăn chặn nguy cơ nổ hoặc hỏng hóc.

2.5. Bộ trao đổi nhiệt

Bộ trao đổi nhiệt giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt giữa khí đốt và nước, nâng cao hiệu suất của lò hơi.

2.6. Hệ thống khí thải

Hệ thống này bao gồm các ống khói và thiết bị xử lý khí thải để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3. Phân loại lò hơi công nghiệp theo cấu tạo:

• Lò hơi công nghiệp ống nước
• Lò hơi công nghiệp ống lửa

3.1. Lò hơi công nghiệp ống nước

Lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình. Để tăng bề mặt truyền nhiệt của lò, người ta có thể tăng số bình của lò.  Cho ta thấy dạng chung của lò hơi nhiều bình. Người ta có thể tăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hai đến ba ống 500-800 mm gọi là ống nước. Khói đi trong ống nước và có thể quặt ra sau để đốt nóng ngoài vỏ bình.

Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lửa, có thể tích chứa nước lớn. Khuyết điểm là khó khăn tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra thường đặt lệch tâm với bình để đảm bảo tuần hoàn nước trong bình.

3.2. Lò hơi ống lửa

Trong loại này ống nước được thay bằng ống lửa với kích thước bé hơn (50-150 mm). Sơ đồ là buồng lửa đặt dưới lò. Khói sau khi qua ống lửa còn có thể quặt ra hai bên đốt nóng bên ngoài lò.

Ưu điểm của loại lò hơi này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với loại ống lò. Tuy vậy loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu.

3.3. Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa

Lò hơi phối hợp ống lò - ống lửa có năng suất bốc hơi cao hơn, tới 30 – 60 kg/m2h cho phép tăng công suất lò lên cao hơn. Do kích thước của lò gọn nên lò hơi được sử dụng chủ yêu cho các nhu cầu di động: Lò hơi xe lửa, tầu thủy, cho các trạm phát điện di động.

4. Phân loại lò hơi công nghiệp theo nhiên liệu đốt

- Lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu lỏng và khí

- Lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu rắn

4.1. Lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu lỏng và khí

Lò hơi đốt dầu, khí gas sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu để gia nhiệt cho nước bốc hơi chuyển hóa thành hơi nước. Nhiên liệu được phun vào lò dưới dạng phun sương qua các thiết bị tự động. Với trạng thái này khả năng tận dụng nhiên liệu đạt hiệu quả tốt hơn và sinh ra lượng nhiệt lớn hơn khi nhiên liệu được cháy gần như hoàn toàn.

Khác với than và các loại nhiên liệu rắn khác, nhiên liệu lỏng và khí có ưu điểm nổi bật là:

- Dễ bốc cháy và cháy kiệt, thời gian cháy nhanh, khâu chuẩn bị nhiên liệu trước khí đốt đơn giản, kích thước buồng đốt bé hơn nhiều so với buồng đốt bột than;

- Không có tro xỉ;

- Dễ vận chuyển nhiên liệu tới buồng đốt;

- Ít gặp sự cố;

Hầu hết các lò hơi công nghiệp được thiết kế đốt dầu cũng đã được chuyển sang đốt nhiên liệu rắn (than, sinh khối).

4.2. Lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu rắn

Lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu rắn là một thiết bị sử dụng nhiệt từ quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu ở dạng rắn (chẳng hạn như than, củi, mùn cưa, hoặc các chất thải hữu cơ rắn) để tạo ra hơi nước. Hơi nước này được sử dụng trong các quy trình công nghiệp, ví dụ như sản xuất điện, truyền nhiệt cho các quy trình công nghiệp, hoặc trong các ứng dụng sấy khô, nấu ăn trong các ngành thực phẩm. Đây cũng là loại lò hơi công nghiệp phổ biến nhất hiện nay.

5. Các loại lò hơi công nghiệp đốt nhiên liệu rắn phổ biến nhất hiện nay

5.1. Lò hơi ghi tĩnh (ghi cố định)

Lò hơi ghi tĩnh là dạng lò hơi mà lớp nhiên liệu cháy trên bề mặt ghi cố định, nhiên liệu được cấp thủ công, không khí được thổi từ dưới gầm ghi lên qua lớp tro xỉ. Đây là loại lò có thể đốt đa nhiên liêu, đặc biệt là nhiên liệu kích cỡ lớn.

Ưu điểm: Cấu tạo, vận hành đơn giản; dễ bảo trì, bảo dưỡng; chi phí đầu tư thấp; thời gian thi công ngắn.

Nhược điểm: Công suất lò bị hạn chế, vận hành cực nhọc do cấp liệu là thủ công, hiệu suất thấp chỉ khoảng 75%. Khó đạt các tiêu chuẩn môi trường

5.2. Lò hơi ghi xích

Lò hơi ghi xích là lò hơi có buồng đốt có trình độ cơ khí hóa cao nhất trong các loại buồng đốt nhiên liệu theo lớp. Đặc điểm của loại buồng đốt này là ghi chuyển động vô tận và lớp nhiên liệu chuyển động với ghi. Lò hơi này có thể đốt đa nhiên liệu nhưng cần đồng đều, không to quá cũng không nhỏ quá và được cấp bán tự động.

Ưu điểm: Công việc cấp than, thải xỉ được cơ giới hóa hơn so với các loại lò ghi tĩnh. Công suất lò có thể lên đến 50 tấn hơi/giờ. Duy trì áp suất ổn định khi tải ổn định và có hiệu suất có thể lên tới 82%

Nhược điểm: Lớp than cháy có nhiệt độ cao nên ghi dễ bị cháy, hư hỏng, thay thế phức tạp và chi phí bảo trì lớn. Thay đổi phụ tải mất nhiều thời gian.

5.3. Lò hơi ghi nghiêng dồn cấp

Lò hơi ghi nghiêng dồn cấp là một thiết bị sử dụng dạng ghi bằng gan có sự hỗ trợ pit-tong thủy lực giúp các thanh ghi chuyển động qua lại nhằm vận chuyển nhiên liệu trong quá trình nhiên liệu cháy. Lò có khả năng đốt đa nhiên liệu, đặc biệt có khả năng đốt được rác thải y tế và các chất độc hại, nhiên liệu được cấp bán tự động.

Ưu điểm: Có thể đốt lẫn các loại nhiên liệu khác nha về chủng loại và kích cỡ, có độ ẩm cao (tới 60%).

Nhược điểm: Khả năng thay đổi phụ tải chậm, khó kiểm soát quá trình cháy trong lò, chi phí đầu tư cao.

5.4. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn

Lò hơi tầng sôi tuần hoàn là lò sử dụng công nghệ buồng đốt tầng sôi kết hợp với công nghệ thu hồi và tái tuần hoàn hạt rắn cùng với một số thiết bị phụ trợ khác, tạo thành một thiết bị hoàn thiện có khả năng chuyển hóa một cách hiệu quả năng lượng. Đốt được đa nhiên liệu, có yêu cầu về kích thước nhỏ và đồng đều, nhiên liệu được cấp tự động.

Ưu điểm: Hiệu suất cao có thể lên tới 90%. Tự động hóa hoàn toàn, dễ kiểu soát các yếu tố phát thải môi trường. Nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn và có khả năng đáp ứng tải nhanh.

Nhược điểm: Diện tích lắp đặt lớn, công nhân vận hành phải có trình độ cao. Thường chỉ áp dụng cho nhu cầu sử dụng hơn tương đối lớn > 20 T/h, chi phí đầu tư cao.

5.5. Lò hơi tầng sôi bọt (kiểu đốt trên nấm gió)

Lò hơi tầng sôi bọt hay còn có tên gọi khác là lò hơi tầng sôi bong bóng thuộc một trong những dòng lò hơi tầng sôi phổ biến nhất hiện nay, với thiết kế tối ưu việc gió cấp 1 được thổi từ đáy lò để tạo ra sự chuyển động của chất rắn và chất lỏng. Điều này giúp tăng hiệu suất trao đổi nhiệt và loại bỏ khói thải không đáng kể, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Lò đốt đa nhiên liệu, có yêu cầu về độ bé và độ đồng đều, liệu được cấp tự động.

Ưu điểm: Đốt được đa nhiên liệu, tự động hóa hoàn toàn. Dễ sử dụng, khởi động và vận hành nhanh chóng. Khả năng đáp ứng tải nhanh, hiệu suất cao lên tới 85%. Dễ kiểm soát các yếu tố phát thải môi trường.

Nhược điểm: Chi phí đầu tư tương đối cao, công nhân vận hành cần có trình độ cao. Dễ bị dao động áp suất nếu chất lượng nhiên liệu không ổn định.

6. Ứng dụng của lò hơi công nghiệp

- Ngành dệt nhuộm: Lò hơi công nghiệp được ứng dụng vào các hoạt động sấy khô đồng đều trong khi áp dụng áp suất với các trục sắt nóng.

- Ngành giấy:

Lò hơi công nghiệp được ứng dụng trong hoạt động hòa trộn: để sản xuất ra bột giấy cần phải làm nóng và nén ép dăm gỗ và hòa tan chất gỗ (lignin) chứa trong gỗ với một hóa chất như natri sunfua;

Ép giấy và Sấy giấy: Các loại lò hơi công nghiệp được sử dụng cho các hoạt động để sản xuất ra giấy từ bột giấy, lặp đi lặp lại việc ép giấy và sấy giấy bằng chuỗi liên tiếp các trục sắt được làm nóng. 

- Ngành thực phẩm: Các loại lò hơi công nghiệp được sử dụng để cung cấp năng lượng để hấp, làm nóng, khử trùng, làm bay hơi độ ẩm, màng co nhiệt,… 

- Ngành bia rượu, nước giải khát

- Ngành cao su

- Ngành ô tô, xe máy

- Ngành gỗ ván ép

- Ngành hóa chất

…..

7. Những nguy hiểm tiềm ẩn khi vận hành lò hơi công nghiệp

Lò hơi công nghiệp là thiết bị gần như không thể thiếu trong ngành sản xuất, đi kèm với đó là nguy cơ nổ lò hơi nếu như không được vận hành và bảo dưỡng đúng cách. Hiện tượng nổ lò hơi chủ yếu là do độ bền của vật liệu bị giảm đi so với ứng suất tác dụng vào nó. Về mặt vật lý, do hình thành trong thời gian cực ngắn (≤0,1 giây) một khối lượng lớn vật chất thể khí, gây sức ép rất lớn đến môi trường không khí xung quanh, tạo ra tiếng nổ lớn, áp suất không khí tăng vọt, gây chết người và sinh vật, phá hủy các công trình xung quanh. Công suất nổ chủ yếu là do lượng hơi nước bốc ra.

Ngoài rủi ro nổ nồi hơi, việc rò rỉ hơi nước qua các van ngắt hoặc đường ống không đảm bảo có thể gây bỏng nghiêm trọng cho nhân viên. Than cháy cũng có thể phun qua cửa lò, làm tăng nguy cơ chấn thương. Đồng thời, các thiết bị điện kết nối với lò hơi nếu không được cách điện và lắp đặt theo tiêu chuẩn kỹ thuật sẽ dẫn đến nguy cơ điện giật, đặc biệt trong môi trường ẩm ướt.

8. Các chất phát thải độc hại ra môi trường

Lò hơi cũng như các thiết bị lò đốt khác, khi đốt các loại nhiên liệu hữu cơ như than, dầu, khí, sinh khối như phế thải thực vật, các loại rác đều sinh ra nhiều chất thải có thể trở thành chất thải độc hại khi thải vào môi trường. Đó là:

- Chất thải rắn như tro xỉ và các yếu tố độc hại có trong tro xỉ;

- Chất thải khí như CO, CO2, SOx, NOx, dioxin và funran, các hơi kim loại độc hại như hơi thủy ngân;

- Các hóa chất độc hại như các hóa chất để hoàn nguyên các ionit trong xử lý nước, các hóa chất xúc rửa trang thiết bị, các axit tạo ra từ việc đốt cháy chất đốt.

Trong quá trình phát triển kinh tế ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới, các quy chuẩn quản lý về chất lượng của môi trường sống và về thải lượng vào môi trường ngày càng nghiêm khắc hơn.